一种金属载体强相互作用下的高效产氢催化剂及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属载体强相互作用下的水解产氢催化剂及制备方法。本发明专利技术解决了Pd基催化剂催化氨硼烷产氢效率较低，催化剂成本较高的问题。本发明专利技术的alk

【技术实现步骤摘要】
一种金属载体强相互作用下的高效产氢催化剂及制备方法


[0001]本专利技术氢能源领域，具体涉及alk
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Ti3C2MXene复合负载型催化剂制备方法及氨硼烷水解产氢领域。

技术介绍

[0002]能源是社会发展的基础，随着人们生活水平的提高，对能源的需求也在与日俱增。由于传统化石燃料储量有限，且带来了严重的环境问题，因此，寻找新型清洁可再生能源变得尤为重要。其中氢气由于具有产物环境友好和能量密度高等优点而备受关注。然而，如何安全有效的存储和运输氢是急需解决的问题。在常见的储氢材料中，氨硼烷(NH3BH3)质量储氢密度为19.6％，室温稳定性好，无毒，水解制氢装置安全便捷，是合适的制氢材料。氨硼烷制氢的方式有三种，分别是固态热分解、醇解和水解。相比于热解和醇解制氢，水解制氢在常温常压条件下，使用催化剂催化即可进行，具有成本低、放氢速率快且清洁无污染等优点。在水溶液中，氨硼烷分子吸附在催化剂表面，在水分子的进攻下，B
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N键断裂，氨硼烷中的H与水分子中的H结合形成H2。迄今为止，贵金属(如Pt、Pd、Ru)是作为催化制氢最主要的催化剂，然而它的高成本和稀缺性限制了其在实际生产中的应用。为减少用量，降低成本，催化剂的设计更倾向于负载型。而负载型催化剂中的载体材料在催化氨硼烷分解制氢机制中起着至关重要的作用。载体的织构特征决定着贵金属的颗粒尺寸及分布，且载体与贵金属纳米颗粒之间的强相互作用可以更加有效的改善氨硼烷分解制氢的性能。目前贵金属催化剂中Pd应用广泛，对于氨硼烷的催化活性较高，但缺点为制备颗粒尺寸较大，易团聚，导致催化活性降低，所以选择一种合适的载体材料显得尤为重要，传统的碳基载体材料，虽然有良好的导电性，但其稳定性较差，且催化过程中载体与催化剂之间缺乏更有效的相互作用。
[0003]自从2011年报道第一个MXene以来，MXene已成为一种极具发展前景的二维材料，它是只有单个或几个原子厚度的二维过渡金属碳化物或氮化物晶体，其化学式为M
n+1
X
n
(n＝1，2，3，M为过渡金属元素，X为碳或氮元素)。它是由三元层状陶瓷MAX移除A元素后得到的MX二维晶体，A一般为硅或者铝元素。其中Ti基MXene(Ti3C2MXene)研究较多，它具有电子传递速率快、界面相互作用强等优点。目前Ti3C2MXene主要应用于电化学氧化及传感器检测领域。

技术实现思路

[0004]本专利技术是要解决Pd贵金属作为催化剂在使用过程中，成本较高，活性较低等问题，克服现有技术中大部分载体上的Pd负载颗粒尺寸较大，且缺少与载体间相互作用以增强催化效果，无法实现Pd贵金属高效利用的困难，提供一种金属载体强相互作用下的alk
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Ti3C2MXene
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Pd负载型催化剂及制备方法。本申请的专利技术人进行大量实验，通过对于载体与金属Pd相互作用的研究和计算，改变Pd的投量及合成条件，最终找到了一种具有金属载体强相互作用增强催化效果，催化转化效率(TOF)值高达230.6min
‑1的氨硼烷水解产氢催化
剂。
[0005]具体而言，本专利技术提供一种金属载体强相互作用下的高效催化氨硼烷水解产氢催化剂，其特征在于，所述催化剂为alk
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Ti3C2MXene
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Pd负载型催化剂，所述催化剂由二维层状材料alk
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Ti3C2MXene和负载于片层上的颗粒状Pd单质组成，其中alk
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Ti3C2MXene与Pd的质量比为1：0.005至1：0.24。
[0006]本专利技术的alk
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Ti3C2MXene
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Pd负载型催化剂中通过调节Pd的投量，可以调控Pd颗粒的尺寸和分散度，优化Pd催化活性(对氨硼烷催化产氢)，得到最优性能的alk
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Ti3C2MXene
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Pd负载型催化剂。
[0007]本专利技术还提供一种产氢催化剂的方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：
[0008](1)、称取alk
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Ti3C2MXene、Pd(OAc)2、CH3OH，其中alk
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Ti3C2MXene与Pd(OAc)2的质量比为1：(0.01～0.24)，
[0009](2)、按照alk
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Ti3C2MXene与CH3OH的质量比为1：(92～68)，将alk
‑
Ti3C2MXene分散在CH3OH中，搅拌，得到溶液A，按照Pd(OAc)2与CH3OH的质量比为1：(1240～62)，将Pd(OAc)2分散在CH3OH中，搅拌，得到溶液B；
[0010](3)将溶液A和溶液B混合均匀，持续搅拌，使Pd
2+
离子充分吸附在alk
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Ti3C2MXene表面，并发生还原反应；
[0011](4)反应结束后，离心分离，干燥，得到alk
‑
Ti3C2MXene
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Pd产氢催化剂。
[0012]其中步骤(1)中所述的alk
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Ti3C2MXene的制备方法如下：
[0013](1.1)量取20～30mL质量百分浓度为49％的浓氢氟酸于四氟乙烯塑料杯中，在搅拌条件下将1～1.5g Ti3AlC2加入到氢氟酸中，40～60℃下搅拌反应24～48h；反应结束后，将溶液离心分离，将固相物质用去离子水清洗至上清液PH>6，继续离心分离；
[0014](1.2)将固相物分散在去离子水中，在氩气保护下，超声1～2h，离心，得到沉淀物，将沉淀物冷冻干燥，获得片层结构的Ti3C2MXene。
[0015](1.3)将0.5～1g Ti3C2MXene，分散于50～200mL摩尔浓度为0.5～3mol/L的NaOH溶液中进行碱化处理，25～60℃搅拌2～4h，之后用去离子水清洗至上清液PH＝7，离心分离，干燥得到alk
‑
Ti3C2MXene。
[0016]另一方面，本专利技术提供了一种金属载体强相互作用下的alk
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Ti3C2MXene
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Pd负载型催化剂的用途，其特征在于，alk
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Ti3C2MXene
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Pd负载型催化剂用于催化氨硼烷水解产氢过程，所述应用包括：(1)将alk
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Ti3C2MXene
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Pd负载型催化剂置于烧瓶中，与去离子水混合超声均匀；(2)配制氨硼烷碱性溶液；(3)将步骤(2)中所配制的溶液加入步骤(1)所制备的溶液中。
[0017]更具体而言，应用方法如下：把制备的alk
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Ti3C2MXene
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Pd负载型催化剂作为氨硼烷水解产氢的催化剂，溶剂为去离子水，采用排水集气法收集氢气。
[0018]催化剂50mg本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属载体强相互作用下的高效催化氨硼烷水解产氢催化剂，其特征在于，所述催化剂为alk
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Ti3C2MXene
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Pd负载型催化剂，所述催化剂由二维层状材料alk
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Ti3C2MXene和负载于片层上的颗粒状Pd单质组成，其中alk
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Ti3C2MXene与Pd的质量比为1：0.005至1：0.24。2.根据权利要求1所述的金属载体强相互作用下的高效催化氨硼烷水解产氢催化剂，其特征在于，alk
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Ti3C2MXene：Pd的质量比为1：0.01至1：0.1。3.一种制备权利要求1所述的产氢催化剂的方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：(1)、称取alk
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Ti3C2MXene、Pd(OAc)2、CH3OH，其中alk
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Ti3C2MXene与Pd(OAc)2的质量比为1：(0.01～0.24)；(2)、按照alk
‑
Ti3C2MXene与CH3OH的质量比为1：(92～68)，将alk
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Ti3C2MXene分散在CH3OH中，搅拌，得到溶液A，按照Pd(OAc)2与CH3OH的质量比为1：(1240～62)，将Pd(OAc)2分散在CH3OH中，搅拌，得到溶液B；(3)将溶液A和溶液B混合均匀，持续搅拌，使Pd
2+
离子充分吸附在alk
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Ti3C2MXene表面，并发生还原反应；(4)反应结束后，离心分离，干燥，得到alk
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Ti3C2MXene
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Pd产氢催化剂。4.根据权利要求3所述的产氢催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的alk
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Ti3C2MXene的制备方法如下：(1.1)量取20～30mL质量百分浓度为49％的浓氢氟酸于四氟乙烯塑料杯中，在搅拌条件下将1～1.5g Ti3AlC2加入到氢氟酸中，40～60℃下搅拌反应24～48h；反应结束后，将溶液离心分离，将固相物质用去离子水清洗至上清液PH...

【专利技术属性】
技术研发人员：范燕平，卞琳艳，刘宝忠，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：